højere, hurtigere, bedre, stærkere:Vindtårne ​​bliver kun større

Den tidligere australske grønne leder, Bob Brown, skabte overskrifter i denne uge, efter at han gjorde indsigelse mod en foreslået vindmøllepark på Tasmaniens Robbins Island. Udviklingen ville se 200 tårne ​​bygget, hver står 270 meter fra bunden til spidsen af ​​deres knive.

Ser man bort fra spørgsmålet om Robbins Island-udviklingen, disse vil være ekstraordinært høje tårne. Imidlertid, de passer lige ind i den nuværende trend for vindmøller.

Vindmøller findes i mange designs, men den mest almindelige er den såkaldte "horisontale akse", som ligner kæmpe fans på stænger. Denne type mølle er yderst effektiv til at omdanne energien i vinden til elektrisk energi.

Iagttagere vil have bemærket, at disse møller er blevet større gennem årene. I 1990'erne, vindmøller havde typisk navhøjder og rotordiametre i størrelsesordenen 30m. I dag, navhøjder og rotordiametre skubber langt over 100m.

Større er bedre

Når det kommer til vindmøller, større er helt klart bedre. Jo større radius af rotorbladene (eller diameteren af ​​"rotorskiven"), jo mere vind knivene kan bruge til at blive til et drejningsmoment, der driver de elektriske generatorer i navet. Mere drejningsmoment betyder mere kraft. En forøgelse af diameteren betyder, at der ikke kun kan udvindes mere strøm, men det kan gøres mere effektivt.

Større og længere vindmøllevinger betyder større aerodynamisk effektivitet. At skabe mere strøm i en turbine betyder, at mindre energi går tabt, når den flyttes ind i transmissionssystemet, og derfra ind i den elektriske generator. Stordriftsfordelene giver et overvældende skub for vindenergiselskaber til at udvikle større rotorvinger.

Vindmøller vokser også højere på grund af den måde, vinden rejser rundt i verden. Fordi luft er tyktflydende (som meget tynd honning) og "klæber" til jorden, vindhastigheden i større højder kan være mange gange højere end ved jordoverfladen.

Derfor er det en fordel at sætte møllen højt på himlen, hvor der er mere energi at udvinde. Bakket terræn (som en bjergryg) kan også forvrænge vinden, kræver, at ingeniører designe vindmøllerne, så de er endnu højere for at fange vinden. Vindmøller, der anvendes offshore, er generelt større og højere på grund af de højere niveauer af vindenergi til rådighed på havet.

Typisk, landmøller (mest almindelige i Australien) har vinger mellem 40m og 90m lange. Tårnhøjder er normalt i intervallet 150m. Offshore -møller (dem, der er placeret til søs og almindelige i Europa) er meget større.

Et af de største vindmølledesigns i verden, General Electrics offshore 12 megawatt Haliade-X, har 107m klinger og en samlet højde på 260m. Som en sammenligning, Sydneys Centrepoint-tårn er 309 m højt.

Hvis Robbins Island-turbinerne faktisk er bygget til 270 m, som rapporteret i medierne, de ville formørke General Electrics giganter. Jeg kan ikke tale om sandsynligheden for dette, men jeg vil antage, at ingeniører bliver nødt til at vælge den bedste mølle til de fremherskende vindforhold og eksisterende infrastruktur.

Udfordrende højder

Jagten på større og højere vindmøller kommer med sin rimelige andel af tekniske udfordringer.

Længere blade er mere fleksible end kortere, som kan skabe vibrationer. Hvis ikke kontrolleret, denne vibration påvirker ydeevnen og reducerer vingenes levetid og alt, hvad de er fastgjort til, såsom gearkassen eller generatoren.

Materialer og fremstillingsteknikker bliver konstant forfinet for at skabe længere, og længerevarende, turbine vinger.

Højere turbiner genererer mere strøm, som belaster gearkassen og transmissionssystemet større, kræver, at maskiningeniører udvikler nye måder at omdanne det stadigt stigende drejningsmoment til elektrisk kraft. Højere vindmøller har også brug for stærkere støttetårne ​​og fundamenter. Listen af ​​udfordringer er lang.

Efterhånden som turbiner vokser, det samme gør den støj, de laver. Den dominerende kilde til støj opstår i yderkanten af ​​knivene. Her, turbulens forårsaget af selve klingen skaber en "hvæsende" lyd, når den passerer over bagkanten. Der skabes mere støj, når vingen hugger gennem atmosfærisk turbulens i vinden, når den blæser ind i tårnet.

Støj er ikke kun et spørgsmål om størrelse. Hvis en turbine placeres i kølvandet på en anden, lyden af ​​dens vinger, der passerer gennem den meget turbulente luft, der skabes af opstrømsturbinen, vil være meget høj.

At holde støjen under kontrol kræver opfindsomme løsninger, såsom at låne ideer fra naturen:den tavse-flyvende ugle bruger takkede fjer til at kontrollere støj, og disse bliver nu brugt til at gøre støjende turbiner mere støjsvage.

Selvfølgelig, ingeniørmæssige udfordringer er ikke de eneste overvejelser for at skabe vindmølleparker. Miljøpåvirkninger, støj, visuelle påvirkninger og andre samfundsmæssige bekymringer skal alle overvejes, som med ethvert stort infrastrukturprojekt. Men vindmøller er en af ​​de mest omkostningseffektive og teknologisk sofistikerede former for vedvarende energi, og efterhånden som den udviklede verden får styr på klimaændringerne, vil vi kun se flere af dem.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.